Анализ технологического процесса как объекта управления. Анализ технологического процесса как объекта

• Название: Анализ технологического процесса как объекта
• Дата: 15.09.2022
• Размер: 136.5 Kb.
• Имя файла: Анализ технологического процесса как объекта управления.doc
• Тип: Анализ; #678594

1. 
   Анализ технологического процесса как объекта
   

управления
Анализ технологического процесса как объекта автоматизации является начальным этапом создания системы автоматического управления технологическим аппаратом. Он проводится на основании априорной информации о технологическом процессе и аппарате, которая содержится в технической литературе и других источниках. В результате проведенного анализа инженер по автоматизации технологических процессов должен четко представлять перечень задач, которые будут решаться при автоматизации технологического процесса, знать требования, предъявляемые к различным системам автоматизации.
1.1 Характеристика, описание и режимы работы объекта

автоматизации
Технологический объект управления – это совокупность технологического оборудования (аппараты, агрегаты и т.д.) и реализованного на нем технологического процесса. Процессы пищевых и химических производств весьма сложны и многообразны. Они различаются по используемому сырью, способам переработки сырья и материалов, аппаратурному и конструктивному оформлению. Однако, с точки зрения технологии и автоматизации, в разных процессах имеется много общего.

Установка очистки сточных вод состоит из отделений: механической, биохимической очистки, установки доочистки сточных вод.

Технологическая схема участка механической очистки сточных вод включает в себя оборудование для охлаждения надсмольной воды и удаление из фенольной воды взвешенных веществ, смол и масел.

Надсмольная вода после аммиачных колонн ЦУХПК №1 с температурой 80-98⁰С охлаждается на установке аппаратов мгновенного вскипания №1,2,3 до 35-60⁰С и поступает в cборники АМВ, откуда насосами №13,14 подаётся в маслоотстойники. Предусмотрена подача надсмольной воды после АМВ в бак фенольных вод. Возможна подача продувочных вод с котлов ПКЦ (Q=5-20м³/час) как в смеси с надсмольной водой, так и отдельно на один из АМВ, или минуя АМВ – напрямую в РОВ.

Установка состоит из аппаратов мгновенного вскипания №1,2,3 (поз.14,15,16), ресиверов надсмольной воды, насосов для перекачки воды №13,14 (поз.32,33), вакуум-насосов № 15,16(поз.34,35).

В аппарате мгновенного вскипания происходит охлаждение надсмольной воды за счет ее частичного испарения под вакуумом. АМВ №1 состоит из горизонтального цилиндрического испарителя, разделенного перегородками на четыре секции и четырех конденсаторов, соединенных с секциями испарителя паропроводами. Секции испарителя в нижней части соединены гидрозатворами для прохода надсмольной воды.

Горячая надсмольная вода после аммиачных колонн подается в первую секцию, предварительно отвакуумированного аппарата мгновенного вскипания. Охлаждающая вода (предусмотрена подача оборотной или технической воды) подается в конденсаторы (поз.11) противотоком к надсмольной воде. Вследствие пониженного давления в аппарате надсмольная вода ступенчато вскипает в каждой секции, охлаждаясь при этом за счет частичного испарения. Водяной пар с летучими примесями, содержащимися в надсмольной воде (аммиак, фенолы), конденсируются на трубах конденсаторов, отдавая тепло охлаждающей воде. За счет нарастающего вакуума, обусловленного понижающейся температурой охлаждающей воды в секциях по ходу надсмольной воды, осуществляется переток надсмольной воды через гидрозатворы в следующие секции, где процесс испарения и охлаждения повторяется.

Образующийся конденсат с повышенным содержанием аммиака и фенолов стекает в испаритель и вместе с надсмольной водой стекает в ресиверы №1,2.

Поддержание вакуума и отвод неконденсирующихся газов из аппарата мгновенного вскипания осуществляется вакуумными насосами № 15,16(поз.34,35).

Функциональная схема технологического процесса представлена на рисунке 1.

Аппараты мгновенного вскипания (АМВ) предназначены для испарительного охлаждения и нагрева жидкостей, концентрирования водных растворов и получения дистиллята.
Аппарат содержит полую камеру испарения и теплообменную поверхность со сборником дистиллята. В установках мгновенного вскипания, как правило, используется несколько испарительных ступеней с конденсаторами, соединенных последовательно, противопотоком по нагреваемой (охлаждающей), и охлаждаемой (испаряемой) средами. Это позволяет повысить тепловую эффективность установки (степень охлаждения и нагрева сред) и снизить ее металлоемкость. Количество ступеней определяется располагаемым перепадом температур на одной ступени по условиям парообразования и требуемого количества дистиллята. Конструктивное устройство и материальное исполнение аппаратов определяется их назначением и требуемой мощностью установки. Аппараты мгновенного вскипания относятся к нестандартизированному оборудованию, разрабатываемому под конкретный объект.

Использование аппаратов мгновенного вскипания дает следующие преимущества: минимальное количество хим. реагентов, применяемых для коррекции водно-химического режима защиты от накипи и коррозии и, как следствие, минимальный сброс солей с отходами, возможность использования различных источников тепловой энергии, в том числе дешевого низкопотенциального тепла, возможность многоцелевого использования, например, для получения обессоленной воды и подогрева технологических сред, переработки сточных вод.

Пуск аппаратов мгновенного вскипания для установки кругового фосфатного способа (КФС) позволит снизить температуру газа, что улучшит работу конечного охлаждения коксового газа и всего бензольного отделения. А новый аппарат мгновенного вскипания во втором цехе кроме того будет использоваться для охлаждения воды до биохимической установки в летнее время. Имеющихся мощностей для этого не хватало. Кроме того, установка нового оборудования позволит в любое время принимать продувки с котлов парокотельного цеха, что принесет значительную экономию технической воды, поступающей на завод.

1.2 Технические требования к АСУ ТП

Технические требования к проектирующей системе автоматизации рекомендуется разбить на следующие группы:

- функциональные требования, которые включают в себя перечень функций, выполняемых АСУ ТП (автоматического регулирования, сбора и обработки данных, сигнализации, защиты, блокировки, включения и отключения оборудования) и основные характеристики этих функций, представленные в табличной форме;

- требования к комплексу программно-технических средств автоматизации, который будет использован для реализации АСУ ТП (данные требования определяются условиями эксплуатации технических средств, требованиями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т. д.);

- требования к надежности, долговечности АСУ ТП, срокам окупаемости капитальных затрат на автоматизацию и т. д.

1.2.1. Требования к структуре АСУ ТП

1) АСУТП должна обрабатывать информацию и осуществлять управление в темпе протекания технологического процесса.

2) Система должна иметь (по возможности) территориально и функционально распределенную структуру, т.е. технические средства должны быть распределены по производству, а функции управления по всем микропроцессорным средствам.

3) Система условно должна быть разделена на уровни: контроллерный (управляющий) и диспетчерский (верхний).

Программно-технические средства контроллерного уровня образуют управляющую подсистему, а диспетчерского - информационно-вычислительную.

Назначение управляющей подсистемы– реализация функций измерения, дистанционного управления, технологических защит и блокировок, автоматического регулирования, функционально-группового управления, связи с подсистемой верхнего уровня. Подсистему образуют контроллеры, датчики, исполнительные механизмы, преобразователи, на которых осуществляется управление функциональными технологическими узлами (аппаратами, агрегатами и т.д.).

Назначение подсистемы верхнего уровня – реализация информационно-вычислительных (включая интерфейс диспетчера) и сервисных функций, связь с подсистемой нижнего уровня и другими станциями (для неоперативного персонала). В подсистему верхнего уровня входят рабочие станции для организации автоматизированных рабочих мест (АРМ ) диспетчера, инженера АСУ ТП, серверы баз данных и приложений.

Средства верхнего (реже нижнего) уровня могут быть подключены к общезаводской сети и сети Internet для обеспечения связи с неоперативными потребителями информации (руководством цеха, производства, предприятия и т.д.).

1.2.2 Требования к показателям надежности системы

Требования к показателям надежности устанавливаются в соответствии с ГОСТ 24.701-86, ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 27.003-90 и РД 34.35.127-93 с учетом сложившейся отечественной практики нормирования показателей надежности разрабатываемых и внедряемых АСУТП.

Состав и количественные значения показателей надежности могут быть заданы для системы в целом или ее подсистем.

В качестве показателей аппаратной надежности всего комплекса технических средств (КТС) принимаются:

- коэффициент готовности системы, т.е. вероятность того, что КТС окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов профилактического и капитального ремонтов;

- показатель суммарного потока повреждений системы, требующих привлечения ремонтного персонала.

Значение коэффициента готовности должен лежать в пределах (0,97 - 0,99).

Для всего КТС АСУ ТП, включая функцию технологических защит, показатель суммарного потока повреждений, как правило, не превышает 0,04 (1/час).

Показателем безотказности КТС, кроме подсистем технологических защит, принимается среднее время наработки на отказ.

Показателями безотказности для подсистемы технологических защит принимаются:

- вероятность несрабатывания защиты при запросе;

- вероятность ложного срабатывания.

Показателем ремонтопригодности принимается среднее время восстановления устройств, реализующих определенную функцию, после отказа. При этом считается, что индицируемые средствами самодиагностики отказы устраняются при восстановительном ремонте немедленно (при обнаружении), а не индицируемые - при плановом техническом обслуживании. Цикл планового технического обслуживания КТС АСУ ТП должен быть 3 месяцев.

Для каналов КТС, реализующих конкретные функции, кроме технологических защит, рассматриваются канальные, групповые и полные отказы.

Безотказное функционирование КТС поддерживается также программным обеспечением (ПО), которое должно включать развитую систему самодиагностики. Структура самодиагностики должна быть иерархичной и распространяться вплоть до единичных каналов. Должна быть обеспечена дальнейшая диагностика в автоматизированном режиме вплоть до модулей (элементов замены). Функциональная надежность должна обеспечиваться, помимо диагностики исправности аппаратных средств, контролем правильности хранения, передачи данных и управляющих воздействий. Наряду с самодиагностикой программируемых устройств, ПО должно обеспечивать, по возможности, максимально полную диагностику подключенных непрограммируемых средств, в том числе датчиков.

Оценка надежности при разработке системы должна выполняться аналитическим путем (согласно РТМ 25.376-80 «АСУ ТП - аналитические методы оценки надежности», что дает нижнюю оценку показателей надежности, МУ 25.678-84 «Аналитическая оценка показателей надежности АСУ ТП».). При проведении проектной оценки надежности АСУ следует использовать данные по надежности её элементов, приведенные в документации разработчиков и изготовителей.

1.2.3 Требования к функциям, выполняемым системой

По режимам работы функции системы делятся на:

• 
  оперативные функции, которые связаны с текущим управлением, сбором, представлением информации и диагностикой в темпе протекания технологического процесса;
  
• 
  неоперативные функции, которые не связаны жестко с реальным временем и заключаются в обработке, хранении, передаче и представлении информации, используемой в неоперативном управлении, планировании, обслуживании, ремонте и т.д.
  

1.2.3.1 Информационно-вычислительные функции

1. 
   Информационные функции (задачи), выполняемые автоматически (по инициативе системы) в темпе протекания технологического процесса:
   
   • 
     сбор, первичная обработка и регистрация информации о технологическом процессе и состоянии технологического оборудования;
     
   • 
     сбор и регистрация информации о состоянии исполнительных механизмов, схем автоматического управления, регулирования и технологических защит;
     
   • 
     отображение информации на мониторах и приборах, установленных на пультах (щитах) управления и по месту;
     
   • 
     технологическая сигнализация (ТС).
     
2. 
   Информационные функции (задачи), выполняемые по запросам персонала:
   

• 
  представление на мониторах оперативной информации: мнемосхем, графиков, таблиц, и т.п.;
  
• 
  распечатка оперативных отчетных документов: графиков, таблиц и т.п.;
  
• 
  выдача сообщений о ходе выполнения программ функционально-группового управления;
  
• 
  фиксация содержимого мгновенной базы данных.
  

Требования к отдельным информационно-измерительным каналам представляются в форме таблиц 1 - 6.
Таблица 1 – Требования к информационным функциям АСУ ТП.

Наименование контролируемой технологической переменной	Диапазон измене-ния, абс. единицы	Точность контроля на контрол-лерном и диспетч. уровне, абс. ед.	Место и способ пред-ставления технологи-ческой переменной	Примечание (характеристика среды, требования к конструкции преобразователя и т.д.)
1) Температура воды с ПКЦ.	0-150 С	1/2С	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная.
2) Температура аммиачной воды из цеха улавливания 1	0-150 С	1/2С	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная (присутствие аммиака).
3) Температура аммиачной воды на выходе из аппаратов мгновенного вскипания АМВ№1-3	0-100 С	1/2С	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная (присутствие аммиака).
4) Температура оборотной и технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3	0-100 С	1/2С	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная.
5) Температура оборотной и технической воды на выходе из паровых подогревателей аппаратов АМВ№1-3	0-150 С	1/2С	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная.
6) Давление в испарительных камерах аппаратов АМВ№1-3	-100-0 кПа	1/2кПа	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная (присутствие аммиака).
7) Расход аммиачной воды на входе в аппараты АМВ№1-3	60-100 м3/ч	1/2 м3/ч	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная (присутствие аммиака).
8) Расход оборотной и технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3	0-250 м3/ч	2/3 м3/ч	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная.
9) Уровень в ресиверах №1,2	0-5 м	0,05/0.1 м	На экране монитора АРМ оператора в цифровом и графическом виде	Среда не агрессивная (присутствие аммиака).

Таблица 2 – Требования к технологической сигнализации.

Наименование системы	Предельные значения переменной, при которых возникает сигнал, абс. единицы	Тип сигнализа-ции (предупредительная или аварийная)	Вид сигнала	Примечание (величина зоны неоднознач-ности для исключения «дребезга» и т.д.)
1) Температура воды с ПКЦ.	Т>155 С	Предупредительная	Световой и звуковой	2оС
2) Температура аммиачной воды из цеха улавливания 1	Т>155 С	Предупредительная	Световой и звуковой	2оС
3) Температура аммиачной воды на выходе из аппаратов мгновенного вскипания АМВ№1-3	Т>105 С	Предупредительная	Световой и звуковой	1оС
4) Температура оборотной и технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3	Т>105 С	Предупредительная	Световой и звуковой	1оС
5) Температура оборотной и технической воды на выходе из паровых подогревателей аппаратов АМВ№1-3	Т>155 С	Предупредительная	Световой и звуковой	2оС
6) Давление в испарительных камерах аппаратов АМВ№1-3	-105>P>5 кПа	Предупредительная	Световой и звуковой	1кПа
7) Расход аммиачной воды на входе в аппараты АМВ№1-3	F>125 м3/ч	Предупредительная	Световой и звуковой	1 м3/ч
8) Расход оборотной и технической воды на входе в паровые подогреватели аппаратов АМВ№1-3	F>255 м3/ч	Предупредительная	Световой и звуковой	2 м3/ч
9) Уровень в ресиверах №1,2	L>5 м L>6 м	Предупредительная Аварийная	Световой и звуковой Световой и звуковой	0,05 м 0,05 м

Предельные значения технологической переменной при аварийной сигнализации совпадают с верхней и нижней аварийной границей «срабатывания» системы автоматической защиты (САЗ).

Таблица 3 – Требования к сигнализации состояния оборудования.

Наименование системы	Состояние оборудования, при котором появляется сигнал	Вид сигнала, соответствующий определенному состоянию оборудования	Причина изменения состояния оборудования	Примечание (дополнительные требования к системам)
1) Сигнализация о состоянии насосов 15, 16, выкачивающих воздух.	Насосы 15,16: включены, выключены выключены	зеленое изображение насосов на экране монитора отсутствие подсветки насосов на экране монитора красная подсветка насосов и звуковой сигнал	команда оператора команда оператора срабатывание САЗ	Регистрация в базе данных момента включения и отключения насоса
2) Сигнализация о состоянии насосов 13, 14, выкачивающих аммиачную воду из ресиверов №1,2.	Насосы 13,14: включены, выключены выключены	зеленое изображение насосов на экране монитора отсутствие подсветки насосов на экране монитора красная подсветка насосов и звуковой сигнал	команда оператора команда оператора срабатывание САЗ	Регистрация в базе данных момента включения и отключения насоса
3) Сигнализация о состоянии отсечного клапана HSV4	Клапан: закрыт, открыт открыт	зеленое изображение клапана на экране монитора отсутствие подсветки клапана на экране монитора красная подсветка клапана и звуковой сигнал	команда оператора команда оператора срабатывание САЗ	Регистрация в базе данных момента включения и отключения клапанов

1.2.3.2 Управляющие функции
Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на технологическое оборудование:

• 
  аварийное отключение объекта управления при повреждении оборудования или недопустимом отклонении параметров;
  
• 
  переход на новый режим работы при отключении механизма или узла;
  
• 
  поддержание параметров в пределах заданных ограничений;
  
• 
  логическое управление отдельными узлами и установками оборудования.
  

Управляющие функции, выполняемые автоматически,

с воздействием на схемы управления:

• 
  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  
• 
  включение / отключение схем на автоматическую работу по условиям режима.
  

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на технологическое оборудование:

• 
  управление исполнительными механизмами с пульта управления или по месту;
  
• 
  подмена отказавших автоматических функций;
  
• 
  воздействие на технологический процесс в непредвиденных и предаварийных режимах.
  

Управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом, с воздействием на схемы управления:

• 
  выбор режима работы автоматических регуляторов;
  
• 
  выбор очередности отключения механизмов при останове объекта управления;
  
• 
  изменение заданий автоматическим регуляторам;
  
• 
  ввод (вывод) в работу (из работы) технологических защит по условиям режима;
  
• 
  вывод защит в ремонт.
  

Список литературы
1. Автоматизация технологических процессов пищевых производств: Учебник / Е.Б.Карпин, М.М. Солошенко, Л.А.Широков и др.; Под ред. Е.Б. Карпина. – М.: Агропромиздат, 1985. - 536 с.

2. Автоматическое управление в химической промышленности : Учебник для вузов / Е.Г. Дудников, А.В. Казаков, А.М. Цирлин и др.; Под ред.Е.Г. Дудникова.-М.: Химия, 1987. - 368 с.

3. Алексеев А. А., Имаев Д. Х., Кузьмин Н. Н., Яковлев В. Б. Теория управления: Учебник. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.- 435 с.

4. Анашкин А. С., Кадыров Э. Д., Хазаров В. Г. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления: Учебное пособие для студентов вузов. – СПб.: Издательство «П-2», 2004. – 368 с.